轨道交通辅助电源牵引接口电路 EMC 传导测试摸底 依据 GB/T 24338 标准验证列车传导屏蔽有效性

标准依据与测试目标

1. 标准限值根据 GB/T 24338.4-2018《轨道交通电磁兼容机车车辆设备》，辅助电源端口在 150kHz-30MHz 频段的传导骚扰限值为 93dBμV（准峰值）。测试需在屏蔽室内进行，使用符合 CISPR 16-1-2 标准的人工电源网络（LISN）和 EMI 接收机，确保测试阻抗稳定（50Ω）。

2. 测试目标

• 验证牵引接口电路在 150kHz-30MHz 频段的传导骚扰是否符合标准限值。

• 定位并量化传导屏蔽薄弱点，如屏蔽电缆、连接器或 PCB 布局缺陷。

• 评估屏蔽措施（如滤波、接地）的有效性，确保系统级 EMC 合规性。

测试系统搭建

1. 核心设备配置

• LISN（人工电源网络）：选用 V 型 LISN（如 Rohde & Schwarz ESH3-Z6），提供 50Ω 稳定测试阻抗，频率范围覆盖 9kHz-30MHz。

• EMI 接收机：Rohde & Schwarz ESCI（9kHz-3GHz），支持准峰值（QP）和平均值（AV）测量，符合 GB/T 24338 要求。

• 电流探头：Tektronix TCP312（10MHz-1GHz），用于差分 / 共模噪声分离测试。

• 屏蔽室：屏蔽效能 ≥80dB，确保环境噪声低于 -40dBμV。

2. 测试连接示意图

   plaintext

   电源 → LISN → 被测设备（DUT） → 负载  ↑  EMI 接收机（监测传导骚扰）

测试步骤与方法

1. 预测试与背景噪声校准

• 断开 DUT，测量 LISN 输出端的背景噪声，确保其低于限值 10dB 以上（即 ≤83dBμV）。

• 若背景噪声过高，检查屏蔽室密封性或更换测试场地。

2. 传导骚扰全频段扫描

• 设置 EMI 接收机为 准峰值测量模式，扫描频率范围 150kHz-30MHz，分辨率带宽（RBW）设为 120kHz。

• 记录所有超过 80dBμV 的频点，重点关注 500kHz-10MHz 频段（开关电源谐波集中区）。

3. 差模 / 共模噪声分离

• 差模噪声：主要由电源回路电流脉动引起，表现为电源线间的高频电压。

• 共模噪声：通过寄生电容耦合至地平面，表现为电源线与地之间的电压。

• 使用 Schwarzbeck CMDM 8700 差共模分离器，分别测量差模（DM）和共模（CM）噪声：

• 若共模噪声占主导（＞6dB），优先优化屏蔽和接地；若差模噪声超标，强化输入滤波。

4. 屏蔽有效性验证

• 使用近场磁场探头（如 EMCO HZ-100）扫描连接器接口，定位泄漏点。

• 验证屏蔽层与壳体的 360° 搭接阻抗（≤100mΩ），避免 “猪尾巴” 效应。

• 采用 三轴法（IEC 62153-4-7）测量屏蔽层转移阻抗（ZT），要求 ZT ≤10mΩ/m（1MHz）。

• 测试设备：矢量网络分析仪（如 Keysight N5222B）+ 三轴夹具，频率范围 100kHz-1GHz。

• 屏蔽电缆测试：

• 连接器屏蔽测试：

5. 振动环境下的稳定性测试

• 参考 GB/T 2423.10 标准，对 DUT 施加 5Hz-2000Hz 正弦扫频振动（加速度 5g，扫频速率 1oct/min），监测传导骚扰变化。

• 重点关注振动过程中屏蔽电缆或连接器松动导致的辐射增强。

干扰源定位与整改策略

1. 差模噪声抑制

• 缩短电源输入回路长度，确保走线宽度 ≥2mm，减少寄生电感。

• 差分信号对（如 PWM 驱动）采用等长布线，阻抗匹配至 50Ω。

• 增加 π 型滤波器（如 10μH 差模电感 + 220nF X 电容），插入损耗需 ≥30dB@1MHz。

• 选用低 ESR 的铝电解电容（如 Rubycon ZL 系列），并联高频陶瓷电容（100nF X7R）。

• 输入滤波优化：

• PCB 布局调整：

2. 共模噪声抑制

• 采用 单点接地策略，功率地（PGND）与信号地（SGND）在电源入口处汇流。

• 屏蔽层单端接地（接金属壳体），避免地环路形成。

• 选用高磁导率铁氧体磁芯（如 TDK PC40），电感量 10-30mH，共模阻抗 ≥500Ω@30MHz。

• 串联在电源入口处，配合 220pF Y 电容（安规等级 X2）构成 LC 滤波网络。

• 共模电感选型：

• 接地系统优化：

3. 屏蔽电缆与连接器优化

• 在连接器内部集成 LC 滤波器（如 100nH 电感 + 10nF 电容），抑制高频噪声泄漏。

• 使用压接式屏蔽端子（如 TE Connectivity 1-1718853-1），确保屏蔽层与连接器壳体 360° 接触。

• 屏蔽层覆盖率 ≥90%，采用铝箔 + 编织层复合结构。

• 屏蔽层端接：

• 滤波连接器：

测试结果分析与报告

1. 数据记录与超标处理

• 绘制 传导骚扰频谱图，标注超标频点及噪声类型（DM/CM）。

• 若某频点超过限值，实施 “屏蔽 - 滤波 - 接地” 三步整改法，每步整改后重新测试，直至达标。

2. 屏蔽效能评估

• 计算屏蔽前后的传导骚扰差值（ΔdB），要求 Δ ≥20dB 为有效屏蔽。

• 典型案例：某模块在 2MHz 处共模噪声超标 15dB，通过更换双层屏蔽电缆并优化接地，噪声下降至限值以下。

3. 终报告内容

• 测试环境描述（屏蔽室、设备配置）。

• 全频段传导骚扰数据（QP 值）及超标分析。

• 屏蔽有效性验证结果（转移阻抗、泄漏点定位）。

• 整改措施及效果对比（整改前 / 后频谱图）。